摘要文章阐述了旧燃气管网改造时因天然气与人工煤气在组分、输送材料方面的不同所导致的问题, 说明了天然气加湿的技术工艺和加湿剂的作用。介绍了无锡在部分旧管网输送天然气时的加湿流程, 根据接头泄漏数量的统计, 说明了天然气加湿技术的有效性。
前言
随着国家能源结构调整的步伐和一大批天然气项目的建成, 越来越多的城市开始转入天然气为主导气源的供应格局。我国城市燃气事业起步于钢铁工业大发展时期, 将炼焦副产品的煤气作为城市燃气的主要气源。由于输配气的压力不高, 在输送人工煤气时, 一般采用铸铁管敷设。铸铁管因耐腐蚀、使用寿命长、不需设置防腐蚀措施等优点, 在城市燃气事业发展的早期得到了广泛的应用。铸铁管的连接方式有承插式和机械接口两种, 前者主要有油麻丝填料水泥和铅密封两种机械接口的密封材料则采用橡胶垫圈。由于人工燃气具有一定的含湿量和微量的芳香烃成分, 对于承插式接头, 麻丝遇湿会发生膨胀对于机械接头, 橡胶圈吸收微量芳香烃使橡胶适度膨胀, 因此铸铁管所采用的连接方式能保证其在输送人工燃气的过程中得到密封。天然气与人工煤气的一个主要差别, 在于前者是“ 绝干” 的, 不含水分或烃类, 而且输配气的压力有所提高而后者则含有相当比例的水分或烃类
物质。因此, 对承插式接口的铸铁管道, 在输送人工煤气时, 承插接口处的密封填料会从煤气中吸收水分或烃类, 从而溶胀、保持系统的气密性, 不会发生漏气等事故。这些承插接口, 在转换为输送天然气时, 密封填料中的水分或烃类, 会逐步进入到天然气中, 其结果就是密封填料失去溶胀性, 直至最终完全失去密封作用、产生漏气。从各地在进行天然气转换期间所产生的问题来看, 承插式接口在输送天然气时均会发生不同程度的泄漏, 产生安全问题。更重要的是铸铁管的旧管网大部分集中在人口稠密、交通繁忙、商业繁荣的中心城区, 泄漏带来了大量的事故隐患, 同时泄漏也造成严重的环境污染、经济损失。对于承插接口的铸铁管道在输送天然气时产生的泄漏问题, 通常采用更换管道、加固接头、天
然气加湿、天然气改质为人工煤气后输送等方法予以解决。其中天然气加湿技术具有施工量小、成本较低等优点, 己在国内外的天然气转换工作中获得了成功的应用。
本文主要介绍在无锡市燃气公司开展的天然气加湿输送工程及其使用效果。天然气加湿输送技术加湿原理与效果加湿的实质是还天然气以人工煤气的杂质水、烃类等, 使之维持在与人工煤气相当的水平。加湿除了可以有效地降低泄漏外, 另外一个重要作用就是防止管道内的飞灰。在输送煤制气时, 由于水分和氧的存在, 管道内壁会产生腐蚀, 铁锈、焦油等会在管道中逐渐沉淀, 严重时其堆积高度可达管道直径的75%。在有液态水时, 任何松散的沉积物均为泥状, 不会被气流带走。当煤气的湿度下降, 沉淀物会逐渐脱水, 在气流速度较高时, 细小的颗粒就会被煤气夹带前行。低碳钢比铸铁易于腐蚀, 腐蚀后的产物通常粘性较差。
在含有腐蚀沉淀的管网中, 较大的气流速度与较低的湿度会共同作用、引发粉尘飞扬。当气流速度更大时, 即使燃气的相对湿度为100%，也会产生严重的飞灰问题, 并堆积于阀门、调压器、储配站设备及管道弯头等处, 造成设备的损坏和管道阻塞, 影响管网的正常运行。当然, 加湿也有一定的缺点。与接头加固、管道更换等机械处理方法不同的是, 加湿必须持续进行。一旦天然气中的含水量、含烃量下降, 密封填料就开始脱水。应当特别提醒注意的是加湿是一种“ 临时性” 或“ 过渡性” 措施, 不可能代替管网的更新、改造。加湿的目的是将对气源转换适应性差的管道部分之维修、更新工作延迟, 在任何时候这种调节方法都不能代替管网中薄弱环节的更新和维修。
加湿剂
加湿剂是针对密封填料的不同而不同的, 可考虑的加湿剂有水、乙二醇、油类等。对于麻丝熔铅密封填料的承插式接头, 加水是比较有效的保持其膨胀水平的方法, 对于机械接头的天然橡胶圈, 加油的效果比加水好。水对麻丝接头的作用非常明显, 特别是当湿度大于时, 水会通过麻丝材料的毛细作用、使其膨胀, 改善接头的气密性。水对麻丝发生作用的前提是麻丝处于纤维状态, 如果麻丝已暴露在干燥的气流中很长时间、不再呈纤维状态, 即使浸在水中也不会通过毛细作用而吸水。另外, 水对螺纹连接麻丝白漆的钢制用户管、立管也有很好的作用。但水对橡胶制品的作用很缓慢, 基本没有作用。在日本和英国的加湿资料中都介绍了乙二醇, 其作用对象是麻丝, 对麻丝的膨胀作用比水好、持久性更强。英国还将乙二醇作为对接头处理的一种有效方法在已知泄漏接头的位置时, 在距其最近的管道接入口喷入乙二醇, 可减少该接头的泄漏。
加湿方法
有两种加水的方法—向天然气中喷注水蒸气或直接喷雾。二者有一定的差别前者水蒸气与天然气比较好地混合在一起, 都呈气相。直接喷雾是利用天然气本身的压力、或者利用其他的压力雾化装置, 将极细小的颗粒喷注到天然气中。在这些细小的水颗粒随天然气流动过程中, 从气体中吸收热量而蒸发为气态, 之后随天然气向前流动。法国煤气公司和英国煤气公司都使用过利用水喷雾加湿的技术。根据法国煤气公司的实验水喷雾到天然气中, 在紧随喷入点下游处, 温度会下降9m,之后温度又升高, 说明至少有部分水被汽化在管网末端的天然气湿度为80%-100%.水喷雾技术比水蒸汽加注更受到关注, 主要是因为其操作上较为安全、价格相对较低。按一般的雾化理论, 粒径越小的水滴, 与气体的接触面积越大, 受热越容易、蒸发越快, 加湿的效果越好。因此, 应根据雾化后的粒径来选用雾化喷头。另外, 在加注水蒸气的场合, 水中的杂质不会进入到管道内, 至多在加热装置内产生一些水垢,象锅炉中的水垢一样。因此, 法国的加湿设备要求使用水质较好的深井水或自来水, 有条件时可使用软化水。英国煤气公司的加湿机, 则
专门配备了软化水设备和备用的软化水箱。在水喷雾的场合, 水中的固体杂质一方面对喷头造成磨损, 另一方面被凝结下来的水带到回收水井, 之后随回水泵返回到储水箱, 这样储水箱中的杂质就越来越多。需要每周排空一次。
从天然气转换前后泄漏的接头数量统计, 初步确定了加湿能够缓解管网泄漏、延长使用寿命的结论。当然, 加湿是一项持续进行的工作, 加湿效果的评价还有待于长期的接头检测、气质取样分析。
